蔣光跡，湯思斯，黃元和，周永志

（1.中原油田普光分公司采氣廠，四川達州 636150；2.西南油氣田分公司川東北氣礦，四川達州 636150）

普光氣田屬于高含H2S 和CO2海相碳酸鹽巖氣田，具有氣藏埋藏深、地層壓力高、有邊底水的存在等特點[1,2]。邊底水的存在對高含硫氣藏開發(fā)將產生重大影響，四川威遠震旦系氣藏，含H2S 僅1.2 %~1.4 %，由于底水侵入，氣井腐蝕嚴重[3-8]。為此，許多著名學者提出了要重視邊、底水對高含硫氣藏開發(fā)影響的研究,開展高含硫氣藏的取樣工作，進行相關實驗研究[9-11]。目前，邊底水會對普光氣田的衰竭開發(fā)產生怎樣的影響，開發(fā)過程中硫化氫含量究竟是怎樣變化的[12-15]，現在還不明確。學者們對常規(guī)油氣藏室內長巖心實驗研究較為深入[16-17]，但對高含硫碳酸鹽巖氣藏物理模擬實驗研究較少，國內還未見高含硫氣藏衰竭實驗的報道。為此，筆者根據普光氣田儲層與流體進行了衰竭實驗，在取得的基巖基礎上進行造縫，組合成長巖心，采用高含硫氣體開展了無水體和1 倍水體衰竭實驗研究，對比分析了兩組衰竭實驗的異同，對采收率、產水量和硫化氫含量的變化進行了重點論述。該實驗對高含硫碳酸鹽巖氣藏的合理開發(fā)提供了技術支撐。

1 實驗準備

1.1 衰竭實驗裝置

衰竭實驗采用加拿大高溫高壓長巖心驅替裝置，整個裝置主要由注入泵系統(tǒng)、長巖心夾持器、回壓調節(jié)器、控溫系統(tǒng)、液體分離器、氣量計和氣相色譜儀等組成（見圖1）。最高工作壓力70 MPa，最高工作溫度180 ℃。

1.2 流體樣品準備

從生產現場取得高含硫氣體樣品，在實驗室進行復配后進行實驗研究，氣體H2S 含量為14.89 %，CO2含量為8.93 %，CH4含量為75.71%。

地層水根據現場分析資料在室內自行配制。其總礦化度為78 733 mg/L，水型為Na2SO4型。

1.3 巖心樣品準備

圖1 衰竭實驗流程

取得現場沒有裂縫的碳酸鹽巖巖心，清洗烘干后進行孔隙度和滲透率測試，并認為此時的孔滲代表基巖的孔隙度和滲透率參數，實際測試平均孔隙度6.65 %，平均滲透率1 mD，然后采用專門的巖心造縫技術進行造縫，并保證造縫后巖心滲透率介于5~14 mD。選擇造縫后的巖心8 塊進行衰竭實驗研究，巖心方采用調和平均的方法進行排列，拼結后形成平均滲透率8.99 mD，平均孔隙度7.42 %，總長度為51.96 cm 的長巖心進行實驗研究。

裂縫型碳酸鹽巖巖心制作原理如下所示：通過控制兩端應力大小及端塊的形狀，從而根據不同應力分布，來調節(jié)孔滲大小及縫的多少，從而達到所要求的滲透率，示意圖（見圖2）。根據這一方法，可以解決現場取不到有代表性巖心的問題，滿足了實驗的要求。

圖2 裂縫—孔隙型巖心制備示意圖

2 實驗步驟

在巖心中飽和高含硫氣體，建立相應的地層條件，壓力為55.8 MPa，溫度為125.3 ℃。然后進行如下兩組實驗研究：無水體衰竭實驗和1 倍水體衰竭實驗，（1倍水體指水體的體積等于長巖心的烴類孔隙體積）。實驗測試過程如下：對巖心抽空，在低壓下飽和定量束縛水，用氣體驅替，使束縛水均勻分布在巖心中，建立巖心的束縛水飽和度為17.2 %，然后再用氮氣建立系統(tǒng)壓力到55.8 MPa，連接系統(tǒng)和回壓閥，保持流動系統(tǒng)通暢；用高含硫氣體驅替巖心中的氮氣，測量巖心出口的氣體組成。直到巖心出口氣體組成與原始氣體樣品的組成一致時，則高含硫氣體在巖心飽和成功，完成原始狀態(tài)過程建立，然后進行無水體衰竭實驗和1 倍水體衰竭實驗。采出流體在室內條件下分離為氣樣和水樣，用玻璃瓶收集水樣并稱重，采出氣量用氣量計計量。在實驗過程中，對每個測試點都要記錄相應參數，包括產水量、采氣量，并對氣體進行組分分析。

3 實驗結果與討論

3.1 無水體衰竭實驗

無水體衰竭實驗中，整個衰竭過程中沒有水產出，采出程度和硫化氫含量的變化（見圖3）。

圖3 無水體衰竭實驗采出程度和硫化氫含量變化

無水體衰竭實驗在衰竭過程中沒有水產出，隨著衰竭壓力的降低，天然氣中硫化氫含量變化不大，在14.89 %附近波動。當衰竭壓力下降到大氣壓時，巖心中的氣體全部采出，采出程度為100 %。當衰竭壓力達到廢棄壓力14 MPa 時，采出程度為70.22 %。

3.2 1 倍水體衰竭實驗

1 倍水體衰竭實驗的實驗結果（見圖4 和圖5）。

由圖4、圖5 實驗結果可知，當衰竭壓力達到35 MPa時，地層水開始產出。隨著衰竭壓力的降低，產出水量越來越多。當衰竭壓力達到廢棄壓力14 MPa 時，產出水量為1.79 g,累計產出水量為3.58 g?？梢?，衰竭過程中一旦有水產出，產水量便會迅速增加。由于巖石的親水性,水竄入裂縫后,總是沿裂縫和孔隙表面流動，所以產出水量迅速增加。

圖4 1 倍水體衰竭實驗采出程度和硫化氫含量變化

圖5 1 倍水體衰竭實驗產水量

當衰竭壓力下降到14 MPa 時，天然氣采出程度為68.61 %。當衰竭壓力達到大氣壓時，天然氣的最終采出程度為95.58 %。可見，水的產出降低了天然氣的采出程度。

分析天然氣中硫化氫含量的變化，隨著衰竭壓力的降低，天然氣中硫化氫含量逐漸增加，由最初的14.89 %上升到18.35 %。

3.3 兩組實驗結果對比分析

現將無水體衰竭實驗和1 倍水體衰竭實驗結果，進行對比分析，分析結果（見圖6 和圖7）。圖6 是兩組實驗的天然氣采出程度對比，圖7 是硫化氫含量變化的對比。

由實驗結果可知，1 倍水體衰竭天然氣的采出程度低于無水體衰竭時的采出程度。對比兩組實驗的采出程度可知，在未出水之前，天然氣采出程度變化不大，在產出水后，1 倍水體衰竭的天然氣采出程度逐漸低于無水體衰竭的采出程度。分析原因，產出水后，地層水首先占據大裂縫滲流通道，其次中小裂縫，最后為微細裂縫和孔隙。氣藏出水后大裂縫被地層水占據，通過大裂縫連通的微細裂縫及基質孔隙的各區(qū)塊，就會被分割成互不連通的死氣區(qū)塊。在微細裂縫及基質巖塊中的氣很難采出, 影響氣藏的采出程度。所以出水后，天然氣的采出程度會降低。

圖6 無水體衰竭和1 倍水體衰竭天然氣采出程度對比

圖7 無水體衰竭和1 倍水體衰竭硫化氫含量對比

1 倍水體衰竭時，天然氣中硫化氫含量逐漸增加，由14.89 %上升到18.35 %。而無水體衰竭時，天然氣中硫化氫含量變化不大。分析原因，可能是因為硫化氫從水相到氣相所致。在原始地層壓力55.8 MPa 條件下，H2S 在地層水中大量溶解；在衰竭過程以后，地層壓力逐漸降低，H2S 在地層水中溶解度降低，部分原來溶解于地層水中H2S 開始析出，使得產出氣體中H2S含量增加。

4 結論與建議

（1）衰竭過程中一旦有水產出，產水量便會迅速增加。

（2）無水體衰竭實驗中，沒有水產出；1 倍水體衰竭實驗中，當衰竭壓力達到35 MPa 時，開始出水。

（3）1 倍水體衰竭的天然氣采出程度低于無水體衰竭的采出程度，在衰竭壓力達到35 MPa 之前，兩組實驗的天然氣采出程度相差不大?？赡苁且驗楫a出水后，影響了微細裂縫和基質巖塊中的氣體的采出,降低了采出程度。

（4）無水體衰竭時，天然氣中硫化氫含量變化不大；1 倍水體衰竭時，天然氣中硫化氫含量逐漸增加。隨著衰竭壓力的降低，硫化氫從水相到氣相所致，天然氣中硫化氫含量會逐漸增加。

（5）建議開展不同水體大小的衰竭實驗研究，對比分析水體大小對產水量、采出程度和硫化氫含量的變化影響，深化本次實驗的研究結果。

（6）隨著衰竭開發(fā)的進行，H2S 含量不斷上升，對管道設備的腐蝕必然會加大，所帶來的安全隱患也會越來越多，對后期的安全生產管理提出了更高的要求。

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